基于離心泵流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)噪聲的試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)量了不同葉片進(jìn)口沖角模型泵在全流量范圍內(nèi)的振動(dòng)和噪聲信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行了處理和分析。研究結(jié)果表明: 葉片進(jìn)口沖角存在一個(gè)最優(yōu)值，使離心泵的性能最佳；模型泵內(nèi)部流動(dòng)誘導(dǎo)的振動(dòng)對(duì)泵體的影響最大，隨著葉片進(jìn)口沖角的增加，在各流量下模型泵噪聲信號(hào)的軸頻和葉頻能量峰值均沒有明顯變化規(guī)律，但當(dāng)葉片進(jìn)口沖角為9°時(shí)，在1750 ～ 2250Hz 頻段內(nèi)的噪聲信號(hào)消失。

1、前言

　　離心泵運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲日益成為社會(huì)關(guān)注的問題。內(nèi)部流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)噪聲是離心泵振動(dòng)噪聲的主要形式之一。流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)噪聲主要是由流體機(jī)械內(nèi)部的非穩(wěn)定流動(dòng)引起，是目前研究的熱點(diǎn)和前沿，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的相關(guān)研究，但其產(chǎn)生機(jī)理和發(fā)展規(guī)律還尚未清楚，有待進(jìn)一步深入研究。優(yōu)化水力設(shè)計(jì)是降低離心泵流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)和噪聲的根本方法，因此離心泵關(guān)鍵幾何參數(shù)的選取直接影響內(nèi)流誘導(dǎo)振動(dòng)噪聲特性。本文以一臺(tái)單級(jí)端吸離心泵為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究葉片進(jìn)口沖角變化對(duì)模型泵性能以及內(nèi)流誘導(dǎo)振動(dòng)噪聲特性的影響，為建立高性能低振動(dòng)低噪聲離心泵的水力設(shè)計(jì)方法提供試驗(yàn)基礎(chǔ)。

2、測(cè)試系統(tǒng)及試驗(yàn)葉輪

　　試驗(yàn)在某研究中心閉式實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行。試驗(yàn)裝置由汽蝕筒、穩(wěn)壓罐、進(jìn)出水管路、閥門、真空泵、電機(jī)、壓力變送器、高頻傳感器、水聽器、泵參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)和虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。模型泵選用單級(jí)端吸離心泵，在設(shè)計(jì)工況下的運(yùn)行參數(shù)為: 流量Q = 50m³ /h，揚(yáng)程H = 30m，轉(zhuǎn)速n = 2900r /min。為研究葉片進(jìn)口沖角對(duì)離心泵內(nèi)流誘導(dǎo)振動(dòng)噪聲特性的影響，將葉片進(jìn)口沖角△β 由原設(shè)計(jì)值9°分別變化為3°、6°和12°，同時(shí)保持模型泵其它幾何參數(shù)不變。試驗(yàn)葉輪均采用快速成型的方法加工，如圖1 所示。

圖1 試驗(yàn)用葉輪模型

　　模型泵的外特性由江蘇大學(xué)自主開發(fā)的泵產(chǎn)品測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，最終得到泵額定轉(zhuǎn)數(shù)下的流量、揚(yáng)程和效率。試驗(yàn)中使用的進(jìn)出口壓力變送器的量程分別為- 100 ～ 100kPa 和0 ～ 600kPa，渦輪流量計(jì)的型號(hào)為L(zhǎng)W - 80，流量計(jì)系數(shù)為11.1346，轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量。振動(dòng)噪聲信號(hào)的采集采用虛擬儀器技術(shù)。模型泵在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲信號(hào)由美國(guó)NI 公司的PXI-4472B 動(dòng)態(tài)信號(hào)采集模板來采集，分別用加速度傳感器和水聽器測(cè)量模型泵的振動(dòng)和噪聲信號(hào)。加速度傳感器選用美國(guó)PBC公司的MA352A60，使用頻率范圍為5 ～ 70kHz。經(jīng)過反復(fù)測(cè)量比較，加速度傳感器分別安裝在蝸殼、泵進(jìn)出口法蘭3 個(gè)互相垂直的方向以及泵腳上，泵腳的測(cè)點(diǎn)為整體振動(dòng)信號(hào)提供參考基礎(chǔ)。4個(gè)加速度傳感器a1 ～ a4 的具體位置如圖2 所示。

圖2 加速度傳感器位置

　　水聽器的型號(hào)為ST70，使用頻率范圍為50 ～70kHz，采用齊平式安裝方式，測(cè)點(diǎn)布置在模型泵出口4 倍管徑處，距模型泵出口閥門的距離為2. 0m，且水聽器與出口閥門之間裝有橡膠管，以盡可能消除閥門的反射影響。加速度傳感器和水聽器的輸出信號(hào)通過采集模板硬件轉(zhuǎn)換輸入到虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序中，應(yīng)用Labview 軟件中的DAQ Assistant功能實(shí)現(xiàn)振動(dòng)噪聲信號(hào)的顯示和采集，本文的采樣頻率為20kHz，采樣數(shù)N = 2000。

結(jié)語(yǔ)

　　本文以一臺(tái)單級(jí)端吸離心泵為研究對(duì)象，研究葉片進(jìn)口沖角變化對(duì)離心泵內(nèi)部流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)噪聲的影響。試驗(yàn)在離心泵閉式實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，試驗(yàn)系統(tǒng)可對(duì)泵性能參數(shù)和流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)噪聲信號(hào)進(jìn)行同步采集，大大提高了本文試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度. 研究結(jié)果表明: 不同葉片進(jìn)口沖角模型泵，振動(dòng)強(qiáng)度隨流量增加呈逐步增大趨勢(shì)，且在大流量工況運(yùn)行時(shí)振動(dòng)強(qiáng)度明顯增加，4 個(gè)測(cè)點(diǎn)中測(cè)點(diǎn)a3(蝸殼) 上的振動(dòng)最為劇烈。噪聲信號(hào)主要集中在0 ～ 2250Hz 頻段內(nèi)，主要由軸頻、葉頻及其倍頻引起。在不同流量工況下，隨著葉片進(jìn)口沖角的增加，模型泵噪聲信號(hào)的軸頻和葉頻能量峰值的變化規(guī)律較為復(fù)雜，很難發(fā)現(xiàn)明顯變化規(guī)律。